楊波，劉軍

（安徽江淮汽車集團股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230022）

淺析輕型載貨車國Ⅵ排放

楊波，劉軍

（安徽江淮汽車集團股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230022）

整車開發(fā)過程中，環(huán)境的壓力不斷傳遞到整車制造企業(yè)。導(dǎo)致整車開發(fā)過程中，整車排放要求在不斷加嚴(yán)。文章闡述了后期整車國Ⅵ排放的技術(shù)路線及國Ⅵ與國Ⅴ排放的不同點。

排放；整車；國Ⅵ；國Ⅴ；技術(shù)路線

CLC NO.: U461.99 Document Code: B Article ID: 1671-7988 (2017)10-255-03

引言

目前汽車激增，同時能源短缺、環(huán)境惡化等情況愈來愈嚴(yán)重。節(jié)能減排是擺在世界各國面前的一大問題。目前汽車成為消耗石油能源主體。國家基于環(huán)境保護的戰(zhàn)略方向，對整車制定了越來越嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)。2020年國家將實行國Ⅵ排放標(biāo)準(zhǔn)。后期整車需要實施的國Ⅵ排放標(biāo)準(zhǔn)相對于目前的國Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)，整車技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)生了很大的變動，同時整車的排放技術(shù)路線發(fā)生了變化。

1、國Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)概述

1.1 國Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)制定背景

作為國民經(jīng)濟的重要支柱產(chǎn)業(yè)之一，我國汽車工業(yè)取得快速發(fā)展。據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，2015 年我國全年累計生產(chǎn)汽車 2450.33 萬輛，同比增長 3.3%，銷售汽車 2459.76萬輛，同比增長 4.7%。截至 2015 年底，全國機動車保有量達 2.79 億輛，其中汽車 1.72 億輛，汽車保有量的快速增加，對我國能源、環(huán)境帶來巨大壓力。

圖1 我國汽車保有量發(fā)展趨勢

圖2 我國汽車保有量環(huán)保水平

從 2000 年我國開始實施輕型汽車國 I 排放標(biāo)準(zhǔn)開始，逐步經(jīng)歷了國 I、國 II、國 III、國 IV 和國 V 排放標(biāo)準(zhǔn)的實施。從排放控制效果來講，2000 年開始汽車排放控制技術(shù)采用閉環(huán)電噴加三元催化器技術(shù)以來，又歷經(jīng)國 II、國 III、國IV和國V排放階段，單車各項污染物降低幅度都高達90%以上。與2000年相比，2014年我國汽車保有量增長9.0倍，CO、HC、NOx 和 PM 排放量分別增加39.5%、 34.6%、62.5%和 13.5%，遠低于保有量增長幅度。

圖3 全國汽車污染物排放量變化趨勢

圖4 2000-2014年 汽車排放量

未來五到十年我國汽車特別是輕型汽車的產(chǎn)量和保有量仍會快速增長，排放總量仍會不斷增加，因此應(yīng)適時收嚴(yán)輕型車排放標(biāo)準(zhǔn)，有效減緩機動車污染物排放增加幅度。

1.2 輕型車國Ⅵ制定思路

考慮與歐洲排放標(biāo)準(zhǔn)連續(xù)性，采用歐盟的WLTP測試規(guī)程（歐洲2017年起歐6標(biāo)準(zhǔn)從NEDC工況進入WLTC工況過渡期），同時附加實際道路循環(huán)RDE測試（PEMS），增加低溫Nox排放要求(含柴油機），在VOC控制方面，借鑒美國ORVR測試流程方法等相關(guān)內(nèi)容，對加油、晝間燃油蒸發(fā)污染物進行控制。所以輕型商用車國Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)是綜合歐標(biāo)、美標(biāo)兩個標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)勢部分，單從標(biāo)準(zhǔn)上看要嚴(yán)于歐6標(biāo)準(zhǔn)。具體如下圖（圖6）

圖6 國Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)制定思路

1.3 輕型車國Ⅴ與國Ⅵ排放限值對比

新修訂的國Ⅵ與國Ⅴ排放限值相比，主要變化如下：

1）變更了測試循環(huán)；——WLTC工況取代NEDC工況，瞬態(tài)工況基本取代了穩(wěn)態(tài)工況；

2）柴油和汽油統(tǒng)一限值，不再區(qū)分燃料類型；——限值相對國Ⅴ加嚴(yán)，取小值；

3）加載質(zhì)量，采用測試質(zhì)量（TM）替代原有的基準(zhǔn)質(zhì)量（RM)；——在RM增加負載；

4）增加了汽油車粒子數(shù)量PN的要求；——汽油機增加顆粒數(shù)要求；

表1 排放限值要求

5）增加了汽油機PM要求（國Ⅴ僅直噴汽油機有要求）；——汽油機增加顆粒限值；

6）增加了N2O要求；——增加了排放物種類，國Ⅴ沒有此項污染物；

7）國6b在國6a的基礎(chǔ)上對汽、柴油車的NOx、THC以及NMHC加嚴(yán)了40%-50%。

3、國Ⅵ排放標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)路線

3.1 排放路線簡介

目前國Ⅵ輕型柴油車發(fā)動機后處理路線基本統(tǒng)一：EGR+DOC+DPF+SCR。

圖7 輕型車后處理主流方案：缸內(nèi)后噴燃油+DOC+DPF+SCR(+ASC)

目前國Ⅴ輕型柴油車路線為EGR+DOC+POC，國Ⅵ相對于國Ⅴ排放限值中變化最大的是NOX，限值從280mg/km下降到82mg/km，必須增加SCR后處理來降低NOX排放。ASC（CUC）主要國Ⅵ(b)排放階段時NOX限值進一步降低，尿素噴射需要過量來保證反應(yīng)效率，而對于過量的NH3需要通過ASC（CUC）處理。

圖8 國Ⅵ輕型車主流方案系統(tǒng)圖

目前歐6主流路線均采用EGR+DOC+DPF+SCR，部分發(fā)動機雖然可以通過非主流路線EGR+DOC+DPF+NSC等措施達到歐6(a)標(biāo)準(zhǔn)，但是排放升級到歐6(b)/ 歐6(c)時則無法達標(biāo)，排放路線延續(xù)性不好。

輕型車柴油車國Ⅵ/歐6后處理路線主要通過如下化學(xué)反應(yīng)降低排放污染物：

圖9 國Ⅵ/歐6后處理化學(xué)反應(yīng)示意

4、排放實現(xiàn)難點

4.1 行駛工況

國Ⅵ相對于國Ⅴ排放除了限值加嚴(yán)以外，排放工況也采用了全新的WLTC工況，其中運行時間、最高車速、行駛里程、怠速時間、最大加速度均較NEDC工況加大，原有NEDC路譜主要為折線偏向穩(wěn)態(tài)工況，但是WLTC工況路譜基本上為波浪線更偏向瞬態(tài)工況。另外WLTC工況沒有明確的換擋時間和檔位要求。

由于加速度變大(發(fā)動機負荷加大)、最高車速加大均會導(dǎo)致排放污染物增加，加之輕型商用車本身的自重較大，排放難度相對于小型的乘用車排放難度增加更大。

圖10 國Ⅵ試驗循環(huán)與NEDC循環(huán)區(qū)別

4.2 車重及阻力變化

國Ⅵ相對于國Ⅴ排放除了限值加嚴(yán)、排放試驗工況變化以外，加載質(zhì)量也有較大變化。對于輕型商用車（客車、貨車）均需按照載荷的一定比例進行加載，預(yù)計整車質(zhì)量增加150kg～300kg，造成整車阻力變大、發(fā)動機負荷增加，排放難度增加。

表2 國Ⅴ與國Ⅵ加載質(zhì)量區(qū)別

除了加載質(zhì)量增大以外，車輛進行試驗阻力也有了較大變化，國Ⅴ之前輕型商用車主要采用的是查表法進行排放認證，原因是查表阻力低速時阻力明顯偏小，更加有利于排放和油耗達標(biāo)。國Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)阻力測試更加則避免該問題，采用的阻力測試方法基本接近實車行駛阻力。

表3 國Ⅴ與國Ⅵ加載阻力區(qū)別

國Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)中還增加了RDE試驗，使用PEMS車載尾氣分析系統(tǒng)進行的道路實車測試（車載法），避免了實驗室測試和整車道路實際行駛工況排放不一致的情況出現(xiàn)。所以輕車汽車生產(chǎn)廠家必須保證實車排放同時通過實驗室、道路測試。

圖11 WLTC與NEDC工況區(qū)別

國Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)由于工況、測試車重、阻力以及變速箱使用檔位的變動，對于發(fā)動機和整車標(biāo)定工作都提出了新的挑戰(zhàn)，由于工況變化和車輛負荷增加，發(fā)動機運行工況更加靠近高轉(zhuǎn)速和大負荷區(qū)，發(fā)動機需要標(biāo)定的排放點較國Ⅴ大幅增加，標(biāo)定難度和工作量加大。加之后處理路線EGR+DOC+ DPF+SCR標(biāo)定的復(fù)雜性，整個車輛的標(biāo)定開發(fā)周期和費用都大幅增加，根據(jù)目前與各主機廠的對接，單個車型整車及發(fā)動機標(biāo)定費用約為1500～2000萬左右。

4.4 其它變化點

國Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)還對環(huán)境溫度和海拔進行了要求：普通海拔條件700m；普通溫度條件 環(huán)境溫度高于或等于0℃，低于或等于30℃，針對不同環(huán)境和海拔條件的排放也有了要求，而國Ⅴ及之前排放并未有此方面要求。高海拔地區(qū)由于空氣稀薄，為保證整車排放，需要對空燃比、噴油量等進行限制，對于以承載為主要用途的輕型商用車來說動力性損失可能會很大，動力不足問題在高海拔地區(qū)可能更加明顯。

● 擴展海拔條件：海拔高度高于700m，不高于1300m。

● 擴展溫度條件：環(huán)境溫度高于或等于-7℃，且低于30℃，或高于30℃且低于35℃。

● 進一步擴展的海拔條件：海拔高度高于1300m，但不高于2400m。

國Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)針對汽油車的加注蒸發(fā)、靜置燃油蒸發(fā)等均進行大幅加嚴(yán)，汽油車燃油加注系統(tǒng)、燃油箱和燃油管材質(zhì)及結(jié)構(gòu)、碳罐的尺寸可能都需要做較大變動。

此外國Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)-7℃冷起動排放限值進行了加嚴(yán)，CO和THC限值加嚴(yán)33%，同時新增NOX排放要求，國Ⅴ階段只汽油車有要求，國Ⅵ階段汽、柴油車均需進行測試。

5、結(jié)論

輕型汽車國Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)基于全球技術(shù)法規(guī)基礎(chǔ)，引入了歐洲標(biāo)準(zhǔn)和美國標(biāo)準(zhǔn)的先進內(nèi)容，考慮了我國的環(huán)境質(zhì)量改善需求，形成了一個全新的自主技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。僅從限值水平來看，輕型汽車國6a階段限值略嚴(yán)于歐洲第六階段排放標(biāo)準(zhǔn)限值水平，比美國Tier3排放標(biāo)準(zhǔn)限值要求寬松；國6b階段限值基本相當(dāng)于美國Tier3排放標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的2020年車隊平均限值。如果考慮到測試程序的不同，以及RDE法規(guī)和PN限值的引入，可以說國Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)是目前世界上最嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)之一。

國Ⅵ排放標(biāo)準(zhǔn)雖然是比較先進的排放標(biāo)準(zhǔn)，不但對整車排放限值進行了加嚴(yán)，同時通過整車車載法RDE和美標(biāo)OBD系統(tǒng)的運用，避免了實驗室測試和整車實際排放不同排放作弊行為。

[1] GB 17691-2005 《車用壓燃式、氣體燃料點燃式發(fā)動機與汽車排氣污染物排放限值及測量方式（中國Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ階段）》.

An Analysis on the National VI emission of Light Truck

Yang Bo, Liu Jun
（Technological Center,Anhui Jianghuai Automobile Group Co., Ltd, Anhui Hefei 230022）

In the development process of complete vehicle, the pressure of the environment continues to be transmitted to the vehicle manufacturing enterprises, resulting in a stricter emission requirement. This paper describes the later technical route of national Ⅴ emission standard on completer vehicle, and the differences between national VI and Ⅴ emissions standard.

emission; vehicle; the National VI emission; the NationalⅤemission; emissions standard

U461.99

B

1671-7988 (2017)10-255-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.10.087

楊波，就職于江淮汽車集團股份有限公司技術(shù)中心總布置設(shè)計工程師，從事整車底盤及車身總布置工作。

劉軍，就職于江淮汽車集團股份有限公司技術(shù)中心總布置設(shè)計工程師，從事整車動力匹配工作。